CN110898526A - 一种空气消毒滤芯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气消毒滤芯材料的制备方法，包括步骤步骤：将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀得到聚合物乳液；对聚合物乳液进行喷丝处理，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；将处理后的纤维置于高聚碘固载液中进行高聚碘离子的固载反应得到空气消毒滤芯材料。本发明的空气消毒滤芯材料解决了目前空气消毒中消毒滤芯消毒效果差、残留污染、腐蚀性强、消毒成本高或消毒设备造价昂贵、使用过程复杂等缺点等问题，可为有人存在条件下的公共场所密闭空间的空气消毒提供一种新的材料和技术。
Description
技术领域
本发明属于环保材料技术领域，涉及一种空气消毒滤芯材料的制备方法。
背景技术
现代社会工业越来越发达，人类生活日益精彩便捷，但我们的生存环境却越来越差。近年来，随着环境污染的加剧，人类赖以生存的空气质量也越来越低，现有主要影响人类生存环境的空气污染物包括以下几种：1.室内装修污染产生的甲醛、甲苯等有机挥发性污染物；2.室内外PM2.5等颗粒污染物；3.室内细菌、真菌等微生物污染；这些污染物的吸入不仅损伤人类的呼吸***，更会沉积在人体内，成为芳烃、重金属等有毒物质的载体，威胁人类健康。2010年之前，中国空气净化器市场主要用于工业去污染和医用等专业领域，市场规模相对较小，增长缓慢。2010之后，由于雾霾天气严重，中国空气净化器开始用于民用市场。从2013年开始，空气净化器市场呈现爆发式增长，到2016年行业发展逐渐回归理性，上半年空气净化器销量达226万台，销售额为53亿元，据中投顾问产业研究中心预测，到2020年，市场规模可达340亿元。我国目前大约有1000家以上的空气净化器企业，从长远来看，中国空气净化器市场需求庞大。室内空气污染有可能给人体造成的伤害不容忽视，每年都有大量的人因室内空气污染而死亡，因此室内空气污染的治理刻不容缓。室内空气中的有害物质主要包括甲醛、苯、氡、烟尘等。针对处理以上污染物，最为常见的手段是使用空气净化剂，现如今的空气净化剂大体可分为化学型净化剂和植物型净化剂。其中，化学型净化剂由于其制备工艺简单、去除效果较佳而使用更为普遍，但是由于化学试剂自身的毒性，会对环境造成二次污染，不利于长期使用，并且化学型净化剂的对病毒、细菌和致病菌的杀灭效果较弱，不能满足人们多方面的需求。现如今的植物型净化剂的净化处理效果有限，且制备工艺复杂，生产成本高，限制了其更进一步推广。
申请号为CN201610865906.9的中国专利公开了一种复合空气净化滤纸材料及应用其的滤芯，所述复合空气净化滤纸材料包括以任意顺序叠加设置的活性炭纤维预过滤层、吸附催化颗粒层、颗粒物过滤层以及杀菌支撑层。本复合空气净化滤纸材料与现有滤纸材料相比，设有活性炭纤维预过滤层，以本复合空气净化滤纸材料制备的空气净化滤芯能显著提高对环境中的异味等污染物分子的快速净化吸附性能，有利于提高整个滤芯对气态污染物分子去除速率。申请号为CN201510131107.4的中国专利公开了一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，该方法是将酸化活性炭用SOCl2改性、将纳米二氧化锰用硅烷偶联剂改性；然后将改性后的化活性炭与改性后的纳米二氧化锰进行交联，得到一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。本发明中活性炭既作为吸附剂，又作为温触媒纳米催化剂的固化载体，具有工艺简单、性能长效、安全环保的除甲醛性能。
综上，现有的常规的空气净化器类产品使用的净化器滤芯往往是将活性炭等类似颗粒分散到具有蜂窝结构的塑料制件中，虽然对室内环境中的甲醛等异味气体具有去除作用，但是受制于此种结构限制，不能实现快速的除异味净化的功能。因此，迫切需要具有有效去除有毒有害气体以及除异味功能的复合空气净化滤芯，实现对环境的快速有效净化。
高聚碘是是目前国际上公认的一种安全、高效的消毒剂，其有效杀菌成分为高聚碘离子；高聚碘离子是碘离子与碘分子的聚合物，其结构式为m为聚合度，且3≤m≤9的整数。与普通的含碘消毒剂相比，高聚碘的氧化性更强，杀菌性能更好，并且非常稳定。虽然高聚碘是一种高效的消毒剂，但也不能在有人存在条件下直接使用。本发明利用高聚碘接触杀菌的高效性，将高聚碘离子固载到通透性能优异的高比表面的材料表面，制成能够在有人存在条件下进行空气消毒的滤芯材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气消毒滤芯材料的制备方法，具有工艺简单、性能长效、安全环保的除甲醛性能。
本发明所采用的技术方案是，一种空气消毒滤芯材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下重量百分比称取：甘油42～54％、丙二酸15～27％、石墨烯8～10％、催化剂5～8％、表面活性剂6～9％、硅烷偶联剂7～9％，以上所有组分百分比之和为100％；
步骤2、将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，然后加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀后，在氮气氛围中，在70～120℃下反应3～5h，得到聚合物乳液；
步骤3、对聚合物乳液进行喷丝处理，直接将喷丝喷入蒸馏水中，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；
步骤4、将所得的处理后的纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；
步骤5、将处理后的纤维置于高聚碘固载液中，在搅拌、震荡或超声条件下，进行高聚碘离子的固载反应，反应结束后，取出纤维进行干燥，即得空气消毒滤芯材料。
本发明的特点还在于：
步骤1中有机溶剂为丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、三氯甲烷、甲苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃、液体石蜡和二甲基亚砜中的至少一种。
步骤1中的催化剂为纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉的混合物。
混合物中纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉重量配比为：1～3:2.5～4:5～8。
步骤3中喷丝工艺为：将聚合物乳液进行多针头静电纺丝，多针头静电纺丝的针头之间绝缘。
步骤3中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压30～40KV，纺丝环境条件为温度20～30℃，相对湿度35～80％。
步骤4中所述活化液为无机酸和氧化剂的水溶液，无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种的混合物，氧化剂为双氧水和(NH4)2S2O8中的一种或两种的混合物；无机酸、氧化剂和水的质量比为5～12:13～15:76～81。
步轴4中纤维和活化液的质量比为1:60～1:270，反应温度45～70℃，反应时间20～100分钟；反应结束后取出纤维，用蒸馏水洗涤3～5次；干燥温度60～100℃，干燥时间10～30分钟。
步骤4中高聚碘固载液为含有有机硅季铵盐、碘、碘化物以及稳定剂的乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:3～3:1；碘化物为KI或NaI；稳定剂为乙酸、草酸、柠檬酸、磷酸和苹果酸中的一种或几种的混合物；高聚碘固载液中碘化物、碘、有机硅季铵盐、稳定剂和乙醇水溶液的质量比为0.1～1.0:0.1～2.0:0.1～4.0:0.1～1.0:92.0～99.6。
步骤5中所述固载反应中，纤维与高聚碘固载液的质量比为1:45～1:150，反应温度40～70℃，反应时间15～40分钟；干燥温度20～50℃，干燥时间2～7小时。
本发明的有益效果是：通过预处理、活化处理和固载反应所制备出的空气消毒滤芯材料，可以将高聚碘离子通过化学键牢牢地固定在纤维表面，通过表面的高聚碘离子与细菌或病毒直接接触的方式实现空气消毒；该空气消毒滤芯材料具有稳定性强、安全性能高、杀菌效果好、使用方便、消毒寿命长、无残留、不腐蚀和消毒成本低等特点，特别是该材料能够在有人存在条件下进行空气消毒；并且，该制备方法还具有工艺简便、快捷和废液循环套用等优点。本发明的空气消毒滤芯材料解决了目前空气消毒中消毒滤芯消毒效果差、残留污染、腐蚀性强、消毒成本高或消毒设备造价昂贵、使用过程复杂等缺点等问题，可为有人存在条件下的公共场所密闭空间的空气消毒提供一种新的材料和技术。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
一种空气消毒滤芯材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下重量百分比称取：甘油42％、丙二酸27％、石墨烯10％、催化剂5％、表面活性剂9％、硅烷偶联剂7％，以上所有组分百分比之和为100％；
步骤2、将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，然后加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀后，在氮气氛围中，在70℃下反应3h，得到聚合物乳液；
步骤3、对聚合物乳液进行喷丝处理，直接将喷丝喷入蒸馏水中，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；
步骤4、将所得的处理后的纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；
步骤5、将处理后的纤维置于高聚碘固载液中，在搅拌、震荡或超声条件下，进行高聚碘离子的固载反应，反应结束后，取出纤维进行干燥，即得空气消毒滤芯材料。
步骤1中有机溶剂为丙酮。
步骤1中的催化剂为纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉的混合物。
混合物中纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉重量配比为：1:2.5:5。
步骤3中喷丝工艺为：将聚合物乳液进行多针头静电纺丝，多针头静电纺丝的针头之间绝缘。
步骤3中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压30KV，纺丝环境条件为温度20℃，相对湿度35％。
步骤4中所述活化液为无机酸和氧化剂的水溶液，无机酸为盐酸，氧化剂为双氧水；无机酸、氧化剂和水的质量比为5:13:76。
步轴4中纤维和活化液的质量比为1:3，反应温度45℃，反应时间20分钟；反应结束后取出纤维，用蒸馏水洗涤3次；干燥温度60℃，干燥时间10分钟。
步骤4中高聚碘固载液为含有有机硅季铵盐、碘、碘化物以及稳定剂的乙醇水溶液，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:3:1；碘化物为NaI；稳定剂为乙酸；高聚碘固载液中碘化物、碘、有机硅季铵盐、稳定剂和乙醇水溶液的质量比为0.1:0.1:0.1:0.1:92.0。
步骤5中所述固载反应中，纤维与高聚碘固载液的质量比为1:45，反应温度40℃，反应时间15分钟；干燥温度20℃，干燥时间2小时。
实施例2
一种空气消毒滤芯材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下重量百分比称取：甘油54％、丙二酸15％、石墨烯8％、催化剂8％、表面活性剂6％、硅烷偶联剂9％，以上所有组分百分比之和为100％；
步骤2、将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，然后加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀后，在氮气氛围中，在120℃下反应5h，得到聚合物乳液；
步骤3、对聚合物乳液进行喷丝处理，直接将喷丝喷入蒸馏水中，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；
步骤4、将所得的处理后的纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；
步骤5、将处理后的纤维置于高聚碘固载液中，在搅拌、震荡或超声条件下，进行高聚碘离子的固载反应，反应结束后，取出纤维进行干燥，即得空气消毒滤芯材料。
步骤1中有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺的混合物。
步骤1中的催化剂为纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉的混合物。
混合物中纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉重量配比为：3:4:8。
步骤3中喷丝工艺为：将聚合物乳液进行多针头静电纺丝，多针头静电纺丝的针头之间绝缘。
步骤3中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压40KV，纺丝环境条件为温度30℃，相对湿度80％。
步骤4中所述活化液为无机酸和氧化剂的水溶液，无机酸为盐酸、硫酸的混合物，氧化剂为双氧水和(NH4)2S2O8的混合物；无机酸、氧化剂和水的质量比为12:15:81。
步轴4中纤维和活化液的质量比为1:270，反应温度70℃，反应时间100分钟；反应结束后取出纤维，用蒸馏水洗涤5次；干燥温度100℃，干燥时间30分钟。
步骤4中高聚碘固载液为含有有机硅季铵盐、碘、碘化物以及稳定剂的乙醇水溶液，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为3:1；碘化物为KI；稳定剂为柠檬酸、磷酸和苹果酸的混合物；高聚碘固载液中碘化物、碘、有机硅季铵盐、稳定剂和乙醇水溶液的质量比为1.0:2.0:4.0:1.0:99.6。
步骤5中所述固载反应中，纤维与高聚碘固载液的质量比为1:150，反应温度70℃，反应时间40分钟；干燥温度50℃，干燥时间7小时。
实施例3
一种空气消毒滤芯材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下重量百分比称取：甘油50％、丙二酸19％、石墨烯9％、催化剂7％、表面活性剂7％、硅烷偶联剂8％，以上所有组分百分比之和为100％；
步骤2、将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，然后加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀后，在氮气氛围中，在90℃下反应4h，得到聚合物乳液；
步骤3、对聚合物乳液进行喷丝处理，直接将喷丝喷入蒸馏水中，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；
步骤4、将所得的处理后的纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；
步骤5、将处理后的纤维置于高聚碘固载液中，在搅拌、震荡或超声条件下，进行高聚碘离子的固载反应，反应结束后，取出纤维进行干燥，即得空气消毒滤芯材料。
步骤1中有机溶剂为四氢呋喃和二甲基亚砜混合物。
步骤1中的催化剂为纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉的混合物。
混合物中纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉重量配比为：2:3:7。
步骤3中喷丝工艺为：将聚合物乳液进行多针头静电纺丝，多针头静电纺丝的针头之间绝缘。
步骤3中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压30～40KV，纺丝环境条件为温度26℃，相对湿度56％。
步骤4中所述活化液为无机酸和氧化剂的水溶液，无机酸为硫酸，氧化剂为双氧水；无机酸、氧化剂和水的质量比为10:14:78。
步轴4中纤维和活化液的质量比为1:180，反应温度60℃，反应时间20～100分钟；反应结束后取出纤维，用蒸馏水洗涤4次；干燥温度80℃，干燥时间20分钟。
步骤4中高聚碘固载液为含有有机硅季铵盐、碘、碘化物以及稳定剂的乙醇水溶液，乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为2:2.5；碘化物为NaI；稳定剂为草酸；高聚碘固载液中碘化物、碘、有机硅季铵盐、稳定剂和乙醇水溶液的质量比为0.6:1.7:3.1:0.8:95.2。
步骤5中所述固载反应中，纤维与高聚碘固载液的质量比为1:70，反应温度60℃，反应时间36分钟；干燥温度43℃，干燥时间6小时。
Claims (10)
1.一种空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下重量百分比称取：甘油42～54％、丙二酸15～27％、石墨烯8～10％、催化剂5～8％、表面活性剂6～9％、硅烷偶联剂7～9％，以上所有组分百分比之和为100％；
步骤2、将石墨烯、甘油和丙二酸分散在有机溶剂中，然后加入催化剂、表面活性剂和硅烷偶联剂，混合均匀后，在氮气氛围中，在70～120℃下反应3～5h，得到聚合物乳液；
步骤3、对聚合物乳液进行喷丝处理，直接将喷丝喷入蒸馏水中，纤维进行烘干和沸水蒸煮预处理；
步骤4、将所得的处理后的纤维置于活化液中，在搅拌、震荡或超声条件下进行活化反应，反应后取出纤维用蒸馏水洗涤，干燥；
步骤5、将处理后的纤维置于高聚碘固载液中，在搅拌、震荡或超声条件下，进行高聚碘离子的固载反应，反应结束后，取出纤维进行干燥，即得空气消毒滤芯材料。
2.根据权利要求1所述的一种空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中有机溶剂为丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、三氯甲烷、甲苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃、液体石蜡和二甲基亚砜中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的催化剂为纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述混合物中纳米钛白粉、五氧化二钒及超细多孔陶瓷粉重量配比为：1～3:2.5～4:5～8。
5.根据权利要求1述的用于空气净化器的滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中喷丝工艺为：将聚合物乳液进行多针头静电纺丝，所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘。
6.根据权利要求1所述的用于空气净化器的滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压30～40KV，纺丝环境条件为温度20～30℃，相对湿度35～80％。
7.根据权利要求3所述的空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述活化液为无机酸和氧化剂的水溶液，所述无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种或多种的混合物，所述氧化剂为双氧水和(NH4)2S2O8中的一种或两种的混合物；所述无机酸、氧化剂和水的质量比为5～12:13～15:76～81。
8.根据权利要求3所述的空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述纤维和活化液的质量比为1:60～1:270，反应温度45～70℃，反应时间20～100分钟；反应结束后取出纤维，用蒸馏水洗涤3～5次；干燥温度60～100℃，干燥时间10～30分钟。
9.根据权利要求3所述的空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述高聚碘固载液为含有有机硅季铵盐、碘、碘化物以及稳定剂的乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:3～3:1；所述碘化物为KI或NaI；所述的稳定剂为乙酸、草酸、柠檬酸、磷酸和苹果酸中的一种或几种的混合物；所述高聚碘固载液中碘化物、碘、有机硅季铵盐、稳定剂和乙醇水溶液的质量比为0.1～1.0:0.1～2.0:0.1～4.0:0.1～1.0:92.0～99.6。
10.根据权利要求3所述的空气消毒滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中所述固载反应中，纤维与高聚碘固载液的质量比为1:45～1:150，反应温度40～70℃，反应时间15～40分钟；干燥温度20～50℃，干燥时间2～7小时。
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